美國化學團隊發明新系統平臺 實現14種小分子全自動合成

最“艱苦”的學科之一有機化學正變得簡單。6年前，美國一個化學團隊發明了一種合成系統平臺，可自動構建多種有機分子，作為潛在的藥物、燃料和香水的材料。但該系統能力有限，只能構建平面分子鏈或2D環狀結構分子，不能組裝成3D小分子，而后者正是許多藥物和材料所需要的。

現在，3D小分子也可以了。該團隊日前在《自然》上報告稱，他們設計了新的系統平臺，采用通用的化學反應來將模塊化的分子組件裝配成所需的目標有機分子，實現了14 種不同類別小分子的全自動合成。

“這是一個里程碑式的成就，可以徹底改變藥物發現。”未參加研究的密歇根大學安娜堡分校的藥物化學家Timothy Cernak評價道。

機器人之前已經改變了DNA、RNA和短蛋白制造。這方面進展很快，是因為在每一種情況下，它們都由數量相對較少的“積木”組合而成，后者通過形成相同的化學鍵連接起來。

但對于有機小分子來說就不一樣了。它們利用一系列反應條件、催化劑、試劑等，在不同的原子之間、不同的方向和角度上形成化學鍵。這就好像只有擁有精巧的技術才能將形狀不規則的木塊石塊打磨好，放在理想的建筑中。

合成有機化學看起來只對那些有豐富經驗的人友好。“我們試圖改變這一點。”該研究通訊作者、伊利諾伊大學厄巴納香檳分校的化學家Martin Burke說，“新方法以非常簡單的方式制造了非常復雜的3D小分子。”

研究人員使用超共軛和位阻調控的方式制備了一種新型的四甲基N—甲基亞氨基二乙酸(TIDA)硼酸酯，可以高效實現飽和sp3碳原子的自動迭代偶聯組裝。這個名為TIDA硼酸鹽的偶聯平臺解開了缺失的3D空間，實現了基于“積木”的自動化合成。

作為案例，新系統平臺自動合成了兩種復雜的天然產物，一種稱為碘霉素 C的抗生素和一種稱為 sch725674的抗真菌化合物。二者都包含手性中心，這種手性中心是許多藥物和有機化合物功能的關鍵。

除了包含更多功能之外，在對常見的交叉偶聯反應和化學轉化中，TIDA 硼酸鹽偶聯平臺的穩定性比很多科學家正在使用的第一代偶聯平臺——N—甲基亞氨基二乙酸(MIDA)硼酸鹽高 1000 倍。它們在水中也非常穩定，可以在更廣泛的條件下簡單合成更多種類的化學品。

Burke表示，“原來的系統平臺就像方方正正的兒童積木，可以建造一個漂亮、簡單的玩具屋。而新系統則像為成年人打造的酷炫、復雜的積木套件，可以幫助建造蝙蝠俠的戰車。”(作者：王方)

標簽： 新系統平臺 小分子全自動合成 化學反應